CN115199152A - 一种基于光栅衍射的智能密码锁 - Google Patents

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    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B17/00—Accessories in connection with locks

Abstract

本发明公开了一种基于光栅衍射的智能密码锁，包括接收屏，光源，光栅，ccd摄像头，移动杆，计算机，开关锁，暗箱；本发明以激光发生器产生光源，经光栅衍射后在接收屏上出现衍射光斑，通过计算机识别0级与1级光斑间距、以及屏上光斑数量作为参数进行编译，与计算机内预设参数进行比对，确定是否开锁；另外光源波长、光栅常数、光栅与接收屏距离也可作为参数进行密码组合，增加密码锁的破译难度，提高安全等级。

Description

一种基于光栅衍射的智能密码锁
技术领域
本发明涉及光栅衍射原理，具体为一种基于光栅衍射的智能密码锁。
背景技术
光栅衍射是大学物理中的一个经典光学实验。当波长为λ的平面波垂直入射光栅时，每条狭缝上的点都成为次波源，当相邻两条狭缝出射的光线到达干涉点的光程差是光波长的整数倍时，两束光线发生干涉加强，产生主极大条纹。通过干涉条纹间距、数量等信息，常用于光波长的测量以及微距测量等。
本发明克服了普通锁容易被窃取密码或者出现损坏导致安全的问题。基于光栅衍射原理，破解时需要一定的物理知识，加密方式也随衍射参数的变化而呈多样化特征。同时可作为教学用具，加深学生对光栅衍射的理解。
发明内容
本发明目的在于通过光栅衍射的各个变量来控制密码，以此制作智能锁。
本发明采用以下技术方案：包括接收屏、激光光源、ccd摄像头、计算机、开关锁和光栅移动装置。光栅移动装置由移动杆与固定在移动杆的光栅组成，可以通过转动旋钮改变移动杆位置来控制光栅到接收屏距离，从而改变接收屏上的光斑数量。
由于采用以上设计，本发明能产生以下有益效果：激光垂直入射光栅，通过光栅在接收屏上呈现多个光斑，由计算机连接ccd摄像头通过软件识别0级光斑与1级光斑间距以及光斑数，并将间距、波长、光栅常数、收屏宽度显示给操作者；操作者将已知条件带入光栅衍射公式，并根据三角关系得出光栅与接收屏距离(f)，然后算出屏上光斑数(n)，最后输入算得的f和n，与计算机内预设的数值一致则可开锁。本发明需要熟悉物理原理，但是操作简便，过程直观，安全性高。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2为光栅衍射原理图。
图中：1、接收屏，2、光栅，3、光源，4、移动杆，5、旋钮，6、ccd摄像头，7、计算机，8、开关锁，9、暗箱。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
由表1中实验数据可见，本发明所涉及的物理量为光栅常数d，光源波长λ，0级条纹与1级条纹间距Δx，光栅与接收屏距离f，光斑数n，接收屏宽度a。通过实验操作，事先将这6个参数按照表1的形式保存在计算机中。
Figure BSA0000239111330000021
表1
下面以光栅常数为d＝3300nm的光栅，波长为λ＝405nm的紫光为例，将光栅到接收屏距离f和接收屏上光斑数n作为密码的两部分为例，操作步骤如下：
1、提前将数组密码表1录入计算机7。
2、将光栅2通过旋钮5推动移动杆4到达某一位置。
3、打开光源3，光线通过光栅2后，在接收屏1上呈现衍射图案，使得0级光斑位于接收屏最左边，在暗箱中ccd摄像头6拍摄出衍射图案传入计算机7。
4、计算机7接收到衍射图案后，衍射图案不在电脑屏幕上显示，但是通过程序识别出0级和1级条纹的间距Δx为1.73cm与接收屏上的光斑数n为6个，并对照表格得出光栅常数d＝3300nm以及f＝14cm。此时计算机中作为密码的两部分f、n已经确定了。
5、计算机7将Δx、光栅常数d和接收屏长度a在电脑屏幕上显示给操作者。
6、操作者根据看到的部分衍射图像判断光源是紫光，其波长λ＝405nm；根据公式dsinθ＝kλ，带入计算机显示的Δx＝1.73cm、d＝3300nm，k取1，计算出0级与1级光路间的夹角θ，再根据三角关系Δx/f＝tanθ，计算出f的值为14cm(密码的一部分)。
7、根据接收屏长度a＝11.5cm、光栅到接收屏距离f＝14cm由公式a/f＝tanφ算得最大衍射角φ，再带入dsinφ＝kλ推算出k的最大整数为5，接收屏上光斑为0-5级，即光斑数n＝6(密码的另一部分)。8、操作者输入密码14、6，与计算机7中预先保存的数值相同则开锁，不同则发出警报。
以上所述仅是本发明的一种解锁方法，即以f、n作为密码，其它参数也可以作为密码进行设置，其值的获得以及整体解锁流程，如同上述具体实践方式，故依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于光栅衍射的智能密码锁，包括接收屏，激光光源，光栅，ccd摄像头，移动杆，计算机，电压控制开关锁，暗箱，其特征在于，激光垂直入射光栅，在接收屏上呈现多个光斑，由计算机连接ccd摄像头，通过软件识别0级光斑与1级光斑间距(Δx)以及光斑数(n)，将接收屏长度a，激光波长λ，光栅常数d，光栅与接受屏之间的距离f，以及Δx，n共6个参数对应输入计算机，存储在其中，接着，计算机将a，λ，d，Δx四个参数显示给操作者，操作者根据光栅衍射公式d sinθ＝kλ，以及Δx与f的几何关系，计算得到f与n，作为密码的两个参数，与之前计算机保存的数据进行比对，一致则可开锁，不一致则发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的基于光栅衍射的智能密码锁，其特征在于，接收屏和光栅距离f可变，光源波长λ可变，光栅常数d可变，开锁者需根据光栅方程以及各参数的几何关系计算，从而获得密码。
3.根据权利要求1或2所述的基于光栅衍射的智能密码锁，其特征在于，所述移动杆一端安装光栅，另一端装有旋钮，通过转动旋钮改变移动杆位置来控制光栅到接收屏距离，从而改变接收屏上的光斑数量。
4.根据权利要求1或2所述的基于光栅衍射的智能密码锁，其特征在于，光源为小型激光器，可发射不同波长的激光，通过开关实现不同波长的切换。
5.根据权利要求1或2所述的基于光栅衍射的智能密码锁，其特征在于，自制放置光栅的支架，从而方便更换不同光栅常数的光栅。
6.根据权利要求1或2所述的基于光栅衍射的智能密码锁，其特征在于，光源波长、光栅常数、光栅与接收屏距离也可作为参数进行密码组合，来设置密码锁。
7.根据权利要求1或2所述的基于光栅衍射的智能密码锁，其特征在于，该装置可用于大专院校物理实验的教学仪器使用或其它演示性实验使用。
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